Суда для перевозки природного газа - метановозы
Природный газ всегда транспортируется в полностью охлажденном виде при температуре —161°С и атмосферном давлении. Хотя в США природный газ уже много лет перевозили на специально оборудованных баржах, первое судно для трансокеанской перевозки метана было построено в 1959 г. Это был «METHANE PIONEER», который доставил 4000 м3 метана из США в Великобританию. После этого произошли значительные изменения и в конструкции судов для перевозки метана, и в их размерах.
Грузовые танки на метановозах (рис. 32) выдерживают давление до 2 бар и температуру до -163°С. Вместимость танкеров-метановозов, которые используются в настоящее время, превышает 125 000 м3, а в недалеком будущем планируется построить метановоз вместимостью свыше 300 000 м3.
На метановозах используются грузовые танки двух типов: самоподдерживающиеся и встроенные.
Из-за теплообмена груза с окружающей средой часть его испаряется. Понижать избыточное свыше допустимого давление паров можно:
• стравливая давление в атмосферу,
• используя газ как топливо,
• сжижая газ и возвращая пары в танк.
Рис. 32. Газовоз-метановоз
На первом судне, перевозившем метан через океан, от избыточного давления в танках избавлялись, используя первый метод. Однако сейчас метан используют как топливо для главного двигателя совместно с обычным топливом. В качестве главного двигателя на таких судах применяют паровую турбину, но существуют и танкеры с дизельными энергетическими установками, использующими и метан, и дизельное топливо (рис. 33).
Количество испаряющегося газа должно быть не больше необходимого для силовой установки. Например, на метановозе вместимостью 125 000 м3 ежедневно испаряется от 0,18 до 0,25% общего количества груза. Это значит, что примерно 70—75% топлива, нужного для обеспечения полного хода, можно получить за счет использования метана.
Рис. 33, Утилизация выпара на метановозах
Перед погрузкой природного газа грузовые танки следует захолодить ‘до температуры —135°С, чтобы избежать разрушения материала танков в результате перепада температур. Такое захолаживание проводят при использовании системы распыления груза в пространстве танка в соответствии с температурно-временными характеристиками для данного судна. Обычно скорость захолаживания 5—7 град/ч.
Выгрузка производится при помощи погружного насоса, который устанавливается внутри специальной колонны в центре танка. Причем и электромотор, и насос представляют собой единую систему и расположены в нижней точке танка, груз используется для охлаждения электродвигателя и смазки насоса.
Следует иметь в виду, что средние и небольшие метановозы часто оборудуют установкой для сжижения газа, что позволяет использовать их для перевозки этилена и нефтяных газов. Оборудование же больших метановозов установками для сжижения газа не эффективно, поскольку мощность такой установки для судна вместимостью 125 000 м3 должна быть свыше 8500 л. с.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГАЗОВОЗОВ
КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОВЫХ ТАНКОВ
Для перевозки сжиженных газов используются самые разнообразные конструкции грузовых танков. При этом учитываются такие параметры, как
• максимальное рабочее давление,
• максимальная температура груза,
• конфигурация танка,
• материал, используемый в конструкции танка.
В соответствии с правилами ИМО грузовые танки, предназначенные для перевозки сжиженных газов, делятся на пять основных групп;
• встроенные,
• мембранные,
• полумембранные,
• независимые типов А, В и С,
• с внутренней изоляцией.
Встроенные танки объединены с корпусом судна, испытывают внешние нагрузки и участвуют в обеспечении целостности и прочности корпуса.
Рабочее давление в таких танках, как правило, не превышает 0,25 бара, однако оно может быть увеличено до 0,7 бара, если соответствующим образом увеличивается размер и количество внутренних связей танка.
Поскольку в судостроении используется сталь с температурным пределом не ниже -10°С, практического применения при перевозке сжиженных газов такие танки не находят.
Мембранные танки (рис. 34) не являются самонесущими ( Self - supporting ), состоят из тонкой мембраны, уложенной на изоляцию. Изоляция, в свою очередь, располагается прямо на корпусе судна, так что давление в танке напрямую передается конструкциям корпуса. Корпус является основным несущим элементом таких танков.
Мембрана танков проектируется таким образом, чтобы термические и другие виды расширения или сжатия компенсировались без ее чрезмерного напряжения. Чаще всего танки такой конструкции используются на судах Gas Transport французской постройки.
Для повышения безопасности мембранные танки должны быть окружены вторичным барьером. Это достигается за счет установки дополнительной мембраны внутри слоя изоляции.
В результате конструирования мембранного танка (рис. 35) получается своеобразный «слоеный пирог», который состоит (по направлению внутрь танка) из следующих слоев:
• борт судна;
• вторичная изоляция;
• вторичный барьер;
• первичная изоляция;
• первичный барьер;
• груз.
‘ Рис. 34. Общий вид
Толщина первичной мембраны — 0,5 мм, ее изготовляют из ИНВАРстали (содержит 36% никеля), коэффициент термального расширения которой практически равен нулю, поэтому термальное сжатие—расширение танка исключаются. Зачастую в виде изоляции используется перлит — сыпучий материал в виде крупы, состоящий из маленьких стеклянных шариков, наполненных воздухом (рис. 35). Рабочее давление таких танков обычно не превышает 0,25 бара.
Рис. 35. Строение изоляции мембранного танка
Полумембранные танки также не являются самонесущими в загруженном состоянии, состоят из оболочки, частично поддерживаемой через изоляцию смежными конструкциями корпуса судна.
Компенсация термического и других видов расширения или сжатия достигается за счет округления угловых частей первичной оболочки танка.
Для танков такого типа также необходима установка вторичного барьера.
Вторичный барьер, как и в предыдущем случае, создается за счет помещения внутри изоляции дополнительной мембраны, которая крепится к корпусу судна специальными стяжками. Сам танк изготовляется из алюминия или 9%-ной никелевой стали толщиной около 3 мм. Рабочее давление в танках не превышает 0,25 бара.